[发明专利]一种耐高温抗烧蚀TiB2-MoSi2复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐高温抗烧蚀TiB₂-MoSi₂复合涂层及其制备方法，属于表面技术领 域。

背景技术

硼化钛(TiB₂)具有高的熔点(3225℃)、强度、硬度、弹性模量，良好的耐磨性能 和化学稳定性，以及超高的热导率和电导率。这些综合性能让TiB₂在高温结构件、刀具、 轻质装甲、核工业中的中子吸收、金属熔炼电极以及耐磨部件上成为候选材料。以烧结、熔 铸、喷射沉积等工艺制备致密块体材料的工艺复杂、成本高昂，限制了它的应用。采用涂层 技术则是简化制备工艺、降低制造成本的有效手段【1程汉池,栗卓新,李红等,热喷涂制备 TiB₂涂层的研究进展,金属热处理.2007(12)32:17-21】。目前制备TiB₂涂层的主要方法有化 学气相沉积法(chemicalvapordeposition,缩写为CVD)、脉冲电极沉积法(pulseelectrode deposition,缩写为PES)、超音速火焰喷涂(highvelocityoxy-fuel,缩写为HVOF)和等离子 喷涂(plasmaspray,缩写为PS)等。Choy等采用CVD技术在SiC纤维上制备了TiB₂涂层 【2ChoyKL,DerbyB.EvaluationoftheefficiencyofTiB₂andTiCasprotectivecoatingsforSiC monofilamentintitanium-basedcomposites.JournalofMaterialsScience,vol.29,pp.3774-3780, 1994】。TiB₂涂层致密且不规则地分布在SiC纤维周围，结合良好，无裂纹和剥落,起到强化 SiC纤维，以及阻止纤维与外界发生化学反应的作用。但是，CVD技术制备TiB₂涂层会在 B富集区产生针状TiB第二相，针状相可能会产生应力集中和微裂纹，从而影响TiB₂涂层 的保护性能。Agarwal等采用PES技术在铁基合金(1018钢)上制备了致密、结合牢固、 晶粒细小、缺陷较少的陶瓷TiB₂涂层【3AgarwalA,DahotreNB.Pulseelectrodedepositionof superhardboridecoatingsonferrousalloy.SurfaceandCoatingsTechnology，vol.106,pp242- 250,1998】。PES工艺通过放电电容和电压使高电流和短脉冲相结合，从而导致电极熔化并 在基体上沉积成膜。因此它要求电极材料必须是导电的，这样电极材料才能在电弧内熔化。 陈枭等研究了不同喷涂工艺参数对采用HVOF技术制备的TiB₂-50Ni涂层的组织结构、硬 度、孔隙率、抗热震性能及耐熔融铝硅腐蚀性能的影响【4陈枭,纪岗昌,王洪涛等,超音速火 焰喷涂工艺对TiB₂-50Ni涂层性能的影响,材料热处理学报.2013(11)34:156-163】。在氧气 流量一定的情况下，增大丙烷的流量，有利于粉末的熔化，增加涂层的致密性。但是，XRD 结果显示，涂层中存在Ti₂O₃，这说明有喷涂粉末在喷涂过程中被氧化。等离子喷涂技术由 于具有高沉积效率、适于喷涂复杂形状表面、以及较低的成本，被广泛用于各工业领域。在 喷涂过程中，粉末被输送到高达上万摄氏度的等离子火焰中心，然后熔化、加速、沉积到基 体上形成涂层。等离子喷涂特点使得它特别适合于喷涂高熔点材料如B₄C、ZrB₂、W等【5 HuDY,ZhengXB,NiuY,etal.,Effectofoxidationbehavioronthemechanicalandthermal propertiesofplasmasprayedtungstencoatings,JournalofThermalSprayTechnology,vol.17,pp. 377-384,2008】。等离子喷涂法有大气等离子体喷涂、真空等离子体喷涂以及等离子体反应 热喷涂等。在大气等离子体喷涂中，非氧化物粉末会发生氧化，熔化效果不理想，且粒子飞 行速度慢，涂层孔隙率高。真空等离子体喷涂在真空室进行，可进行充分的惰性气氛保护。 低压条件下，等离子体焰流较长，粉末粒子在焰流中加热加速的时间长，熔化效果好，飞行 速度高，涂层和基体的结合强度亦较高【1】。费孝爱等【6XFei,YNiu,HJietal.,A comparativestudyofMoSi₂coatingsmanufacturedbyatmosphericandvacuumplasmaspray processes,CeramicsInternational,vol.37,pp.813-817,2011】分别采用大气等离子体喷涂和真 空等离子体喷涂制备了MoSi₂涂层。大气等离子体喷涂的MoSi₂涂层表面有较多裂纹存在， 而真空等离子体喷涂的MoSi₂涂层表面未见明显的裂纹。这表明大气等离子体喷涂MoSi₂涂 层的内应力较大。